农业工程概论

农业工程概论电子教案教材：农业工程概论，张 伟主编，中国农业出版社，1997年，第一版。 主要参考书： 1、农业物料学，周祖锷主编，农业出版社，1994年； 2、农业生物环境工程，崔引安主编，农业出版社，1994年； 3、农产品加工机械与贮藏，沈再春主编，农业出版社，1995年；4、农业系统工程，朱永达主编，农业出版社，1993年。 绪论 第一章 农业物料的工程性质 第二章 农业机械化 第三章 农业电气化及农业应用电子技术 第四章 农业建筑与农业生物环境工程第五章 农业水土控制第六章 农产品加工工程第七章 农业环境保护与农村能源第八章 农业系统工程农业工程概论电子教案第一章 农业物料的工程性质1研究的意义农业物料一般指：动植物产品、加工成品、半成品、以及与农业作业有关的土壤、肥料、农药等。（即：产品和作业对象）意义：有利于正确的设计工艺与设备；质量的评估。2 农业物料的形态特征一、尺寸和形状 尺寸和形状（一）圆形和球形圆度式中：圆度表示与理想圆的接近程度；r指各棱角的曲率半径；R值最大内接圆的半径。（P6 图1-1）对于类球体：球度= 式中：di指类球体的最大投影面积图形的最大内切圆直径 dc指类球体的最大投影面积图形的最小外接圆直径对于椭球：球度=（二）尺寸的表示（1）粒径（非类球物料）测定计算平均粒径的简易方法：粗颗粒的平均粒径（可以一粒一粒的分拣） 按表1-2的算法 会存在d3d2d1d7d4d5d6的不同结果粉状物的平均粒径 （取为50100g试样） （调和平均粒径）或用算术平均粒径 相邻筛子之间物粒的名义直径 （）Xi为di下方，di+1上方的物料占总质量的百分数。（权重）应根据测定的目的选用，如（2）单项尺寸的测定，用（三）尺寸分布可代表一批物料粒径的平均尺寸二、密度（一）真实密度（true density）： （成分、水含量等）测量方法主要有（二）容积密度（bulk density）与孔隙率（度）：（物料总质量与视在体积或称虚表容积之比）孔隙度（率）孔隙所占体积与整个物料所占体积之比（孔隙比孔隙体积与物料固体物质体积之比）三、农业物料形态特征在农业工程中的应用（一）品质评定：1谷物成熟程度（与尺寸有关）、杂质含量、均匀度等与有关；土壤紧实程度2牛奶放置时间长，变大。（二）确定物料清选和分级工艺根据球度的大小影响滚动性尺寸形状的差异影响选择分选方法的设备由尺寸的分布规律，确定分选的可能性及筛孔的大小等（1） 分选可能性（分离程度）和孔型 （图1-4 不同的物料的尺寸频率分布曲线）（2） 筛孔（窝眼）大小的选择：根据分选的目的和要求确定（图1-5）（三）设计计量装置或容器根据容积密度3农业物料的机械特性一、应力、应变与破坏有助于选择加工方法（一） 应力与应变：农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动，以及载荷作用的时效。 变形弹性变形；流动：流变特性用应力、应变和时间三个参数表示。 应力松弛指物料突然地变形到给定值并保持不变时，应力随时间变化的函数关系。（与蠕变对应）东农303马铃薯的应力松弛模量方程（P11.图1-7）弹性模量： 农业物料的应力应变关系，因农业物料通常具有 等特点，而变得非常复杂（P12.图1-8）。（二） 农业物料的破坏（1） 破坏的原因 机械力：挤压、切断、碰撞、颠簸等。 谷粒的损伤与受力大小和水分高低密切相关（P12.图1-9） 其他应力（物理化学的作用）：热应力（烘干与冷却过程）；乙醇促使苹果边熟腐烂；湿应力（西瓜番茄水分过大的裂口）。 物料自身的生化作用呼吸代谢作用在温度湿度较高条件下（受伤后速度变快），导致生命缩短而坏死（呼吸加快，营养消耗加快）。甘薯受伤后呼吸量加大（P13.图1-10）（2） 破坏的类型：切断（正切、斜切、歪切、滑切） 粉碎（击磨玉米；压磨小麦、大蒜） 去壳（克剥核桃；热胀应力松籽、板栗；撞击葵花籽） 碎土（弯曲犁地）（3） 有害性破坏的防止二、流体动力学特性（ 流体以空气、水（形变介质）为载运体）与物料的输送、装卸、分离等作业有关系（一） 流体对农业物料的作用力（1） 阻力与阻力系数根据因次（量纲）分析，流体的总阻力C为阻力系数（一般由试验确定）A为物体垂直于平面内的投影面积 为流体密度 g/cm3V为流体和物体的相对速度 m/s阻力系数 动力粘度的定义（P21）单位面积、单位速度梯度时所受到的剪力。 1PaS（帕秒）=10P（泊：达因S/cm2；克/cmS）=1000CP(厘泊；毫帕秒)C=f(Re)的关系复杂，一般为34个区域（2） 物料在流体（形变介质）中的临界速度（即重力浮力=阻力时的相对速度V0） 球状物体 重力浮力：时球体的体积和投影面积分别为d3/6和d2/4，一般情况下，C0.44则 非球状物体 实验证明：当Re液体气体；水的导热系数为0.06 W/mK。果蔬的导热系数：肉类：=0.0798+0.00517M（ 当温度为060，含水率6080%时）（三） 导温系数（热扩散系数，）：反映导热过程中物料导热能力和储热能力间的关系，是衡量物料受热后温度传导能力的重要参数。（单位：m2/s）三、 农业物料热特性的应用（一） 设计烘干和冷却工艺参数和规范供热和升温与比热有关物料层的厚度和加热均匀度与导热系数有关热特性跟温度和水分的关系等（二） 品质检验：如牛奶比热C=0.93若偏离过大即为掺假或变质。5 农业物料的电磁辐射特性不同的物料对不同波有不同的反射、折射、绕射（衍射）、散射和吸收作用，能引起内部组织和结构的变化。一、农业物料的可见光特性（约为0.40.77m）（一） 反射特性：光反射率 I0和IR分别表示射向物料总辐射强度和反射回的辐射强度（即单位面积上的光通量，W/m2）。 不同物料或同物料的不同发育阶段其R不相同。（P27.图1-31） 为了消除物料外形、光源的强弱所产生的误差，通常采用两种波长的光测其反射率差R或反射率比R1/R2作为判断标准。（二）光透射特性 透射率：T=IT/I0100% 实际应用中，常采用吸光度 ，能够同时反映物料的外表特征和内部密度等。（三）延迟发光特性物料经过照射，使叶绿素分子离子化，产生自由电子，使最低能级的叶绿素放出延迟光，然后逐渐衰减（P27.图1-32）。二、农业物料的其它光辐射特性（红外光：0.771000m；紫外光：0.040.39m）l 红外线辐射有显著的热效应和较强的穿透力。l 红外辐射特性（R、T、A等）与物料的厚度、结构、密度、水分以及照射条件有关。 用近红外光谱分析法，可以快速、准确测定物料的品质和成分； 远红外探测器，可探测森林火灾、作物长势和预报病虫害等。l 紫外线辐射（0.040.39m），有激发光现象（不同物质发出不同颜色的荧光），用于分拣、鉴定纯度等。 生物受适当强度的紫外光照射，可促进维生素D的转化，有利于健康；过强的紫外线能消毒杀菌，但有害于健康。三、农业物料的其它电磁辐射特性（一）微波（0.10.01m）l 辐射特性(R、T、A等)比短波显著。1、原理： 通过极性水分子振荡，导致细胞膜破裂和细胞间的氢键松弛破坏而难以存活；但有时可能激活细胞，增加种子发芽率等。2、用途（二）X射线和放射性辐射波1、原理：穿透力强，使水和其它物质电离，从而影响新陈代谢2、用途：推迟果菜完熟期；推迟蘑菇破膜开伞；诱变育种；杀菌保鲜（大蒜）。四、电磁辐射的应用（见P29.表1-10）6 农业物料的电特性和磁特性一、生物电l 受精蛋两端电位差l 植株受伤部分和完整部分间存在电位差，且伤势严重，则电位升高。二、介电特性 介电常数：=D/E (D电通量密度；E电场强度)相对介电常数 =/0=C/C0 (0和C0为真空介电常数和电容。表示提高电容量的能力)介质损耗角正切：tg=IR/Ic (表示物料在交流电场中吸收电能转化为热能的能力)l 用途 （见P31.图1-34） （见P31.图1-34） 充满理想电解质的电容器没有能量消耗，其电流Ic超前电压V为900。由于有了损耗，使电流I与电压V的相位角减小，损耗角增加。（通常）在任何给定频率下，电介质可用理想电容和电阻R组成的并联电路表示（见上图）。总电流I与外加电压V之间的角度称为相位角，cos称为功率系数，在很小时，tgcos。三、电阻率（m）已知 实验得出，吸湿性物料有：（水分传感器原理） a、b为物料特性常数=f(品种、密度、温度等) 西瓜电阻率与含糖量的关系，P31.图1-35四、磁特性 用磁化水灌溉，可以增强根系的吸水性、有利于叶茎的生长。磁化的主要表现（作用）：作物增产。例如，在播前612天，将小麦种子在3060mT（毫特斯拉）磁感应强度下进行处理数秒，能够提高净光合速率。减少耕翻作业的能耗。在犁铧处安装强磁性源，可以使阻力11.3%；阻力波动小（波动系数由6.95%到1.99%）。增强土粒凝聚性。 土壤磁化率与有机质的关系：X=28.6+14.6Om(%) ，相关系数r=0.902； 磁化率=磁化强度/磁感应强度， 磁感应强度磁性物质中单位体积的磁矩。五、农业物料电特性在农业工程中的应用（一）含水率测定 利用电特性（电导率、电阻率等）与含水量的关系。（二）物料干燥 利用介电损耗原理。 采用高频（1150MHz）或超高频(微波)（9152450MHz）加热更加优越，如：含水量17%的蘑菇经微波处理5分钟，水分便可降到5%一下，而在一般烘房内则需68小时。（三）质量评定测： 主频用敲击激励苹果的方法，获得响应频率幅值最大的频率，称为响应主频率。用来检测果品坚实度、判断贮藏时间等。（四）种子处理用于：7 农业土壤的工程性质 周礼中指出：“万物自生焉则曰土，以人所耕而树艺焉则曰壤”。古书说文解字对土的定义：“土者，地之吐生物者也”。并进一步解释：“二象地之上，地之中”。即土壤位于岩石之上，地面以下的大地表层；“”是“物出之形”，表示土壤能够生长植物。两者合起来就是“土”。本节主要内容：土/壤的形成；土壤的组成；土壤的性质；土壤盐碱化及其危害。一、自然土与农业土壤的形成（一）自然土的形成：岩石母质微生物植物l 五大自然成土因素：母质、气候、生物、地形、时间。l 自然土（5层）（二）农业土壤的形成l 土壤（4层）二、土壤孔隙度、土壤水和空气土壤为三相体（见下图）（一）土壤孔隙度l 土壤孔隙 土壤要求：总孔隙度为30-60%，非毛管孔隙10%；毛管孔隙（含非活性孔隙）非毛管孔隙=241。土壤孔隙度=土壤孔隙比：（二）土壤水： 气态水孔隙中的水汽； 吸湿水土壤颗粒表面由空气中吸取的水分子（约20个水分子厚，密度为1.22.4，冰点为78） 薄膜水包容在吸湿水外面的水膜，最大含量为吸湿水的24倍。外层膜状水可以被作物利用，但移动缓慢。 毛管水 重力水（三）土壤空气：相对湿度大，氧气少，CO2多（是空气中的5120倍）。 土壤空气增多，微生物活动旺盛（尤其温度较高时），有利于有机质分解。三、土壤含水率和土壤状态见P34.表1-12；P35.图1-38。l 含水量：由小大 状态： 固体塑体流体 力学特性：小大小四、土壤的强度与破坏土壤强度不引起屈服应变和破坏的最大应力。外力拉、压、剪、穿透等破坏断裂、压缩、塑流等 土壤强度是变化的，不是定值。质地、含水量的不同；由于孔隙的存在，难以准确地衡量有效截面积。（一）抗剪强度（S）据摩尔库伦经验公式：S=C+tg (类似于物料摩擦力公式：F=+fP)式中：C粘结力；正应力；内摩擦角；粘附力。 P35.图1-40，描述剪切应力（S）与剪切应变的关系（二）承压强度（支承能力）基本公式：P=K（） 式中：P载荷压强；Z下陷深度；n与土壤性质有关的常数；K考虑到K与承载面积有关，故分为两部分：，其中，Kc内聚变形模量，与面积有关；K摩擦变形模量，与面积无关；b矩形支承面的短边或圆形半径。 土壤下塑限开始表现可塑性时的含水量。（犁地的含水量应在下塑限以下）土壤上塑限失去可塑性，开始流动时的含水量。 两者之间的含水量范围称为可塑性范围，两者之差称为塑性值。塑性值大的土壤，可塑性强。五、土壤结持度在不同水分下，土粒在外力作用下的难移动度。土壤结持度与含水量有关，水分影响土粒的粘结力和粘附力（P37.图1-43）。 土壤的状态从 干燥泥浆；其结持性依次为：坚固、酥软、可塑、粘韧、浓浆、薄浆。 通常为了减小机具的摩擦阻力（摩擦阻力约占总阻力的50%，而当作业速度达到14.5km/h时，只占8%），常采取以下措施： 增加刃口的锐度； 涂聚四氟乙烯和尿素树脂等； 电渗法：施以直流电场，使阴阳离子向不同方向迁移； 在酥软结持状态下作业。（另外，还有磁化犁、仿生犁等）六、土壤压实基本公式： 式中：A压缩系数；P压力；CP0=1时的孔隙比，即单位压力下的e0。 P37.图1-44，表示干、湿土的P-e变化趋势。 图1-45，表示含水量对压实程度的影响，在压力一定的情况下，一般当含水量为饱和含水量的8085%时，最易压实。 压实的后果：透水、透气性，蒸发；有机质分解慢，对作物供氮不足；耕作阻力，质量；影响产量。 减少压实的措施：复式作业；免耕、少耕；降低接地压力；定期深松；施有机肥；七、土壤的热特性C、各参数的物理意义与1.4是一致的。但由于土壤中水分和空气比一般物料多，热特性波动很大。l 水分对土壤热容量的影响见P38.表1-13， 当水分低时：C：砂土壤土粘土泥炭； 当水分高是：C：泥炭粘土壤土 砂土。 水置换了空气，而水的热容量大约是固相的35倍，是空气的3000倍。l 水分对导热系数和导温系数的影响见P39.图1-46，、：砂土壤土粘土泥炭。 水导热系数是空气的26倍，是固相的1/31/4，通常土壤导热系数主要受含水量和松紧程度的影响，其影响程度大于容积密度。 公式和是一致的，C乘以即为单位容积的比热。 关系式 的作用是：通过测定（简单），可以研究导热方面的变化。 实践证明，常见作物种子发芽的最佳土温平均25。较高的土温有利于丰产。昼夜温差大，有利于根系发育、作物成长以及土壤与大气中的气水交换。因此，耕作（施肥、中耕）使土壤疏松，可以使Cv、日照后升温快。八、土壤的盐化和碱化（一）盐碱土分类 盐化土表层的中性盐含量0.2%，对作物有危害； 盐土表层的氯化盐0.6%或硫酸盐2%，危害极大； 碱化土表层含有碱性盐，PH8.5，碱化度（在水中的含量）5%； 碱土表层含有碱性盐，PH8.5，碱化度20%（二）盐碱土成因1、自然因素含盐高的母质，由于水的蒸发，在随雨流到低洼处； 耐盐力强的植物吸水时吸收了盐分，干枯时留在地表。2、人为因素灌溉不当、高位水库（使地下水位抬高）、水旱间隔种植等，造成次生盐渍化。 地下水位临界高度，一般认为：毛管深度+根系主要部分的分布深度。（三）盐碱土对农业生产的危害 生理干旱含盐水的浓度大，植物吸水难甚至“反渗”而凋萎；盐分毒性腐蚀幼芽或使叶子干枯；营养失调影响植物对某些营养元素的吸收或生成难溶解的化合物；恶化土壤理化性质破坏团粒结构，干时板结，湿时粘重，透气性差。造成植物出芽难、微生物活动困难。本章重点、难点：1、农业物料的机械特性； 2、农业物料特性在农业工程中的应用。思考题：1、农业物料的基本特性； 2、含水量对农业物料特性的影响。第二章 农业机械化1 农业机械化在发展农业生产和推动社会进步中的作用 农业机械化用机器逐步代替人畜力进行农业的技术改造和经济发展的过程。 农业机械化在发展农业生产中的作用替代、强化。劳动强度的评价：能量代谢率（Energy Metobolic Rate）：EMR=100% 式中：Ew劳动时消耗的能量（kJ/min）；ES准备工作时消耗的能量（kJ/min）； Eb基本代谢量。P41.表2-1，给出体力劳动的分级 人的工作能力约为0.75kw。2 实现农业机械化的条件一、有较发达的工业基础；二、 有一定的资金；三、 有劳动力转移的出路；四、 有所需的能源；五、 有适用的农机化技术；六、 有较好的道路、水利等基础设施（条件）；七、 有一定的生产规模。3 机械化作业项目及机具的基本类型作业类型机组类型一、农用动力机械拖拉机，固定式内燃机，电动机，农用汽车，农用飞机，风力机等。二、作业机械（一）种植机械 1、土壤耕作机械铧式犁，圆盘犁，旋耕机（垂直式，水平式），圆盘耙，钉齿耙，镇压器中耕机械：双翼（单翼）铲，培土铲，施耕锄，凿式铲等。 2、播种及栽植机械 铲式、靴式、圆盘式开沟器；（配有型孔轮排种器、外槽轮排种器、水平圆盘/拨种轮式排种器）联合播种施肥机；免耕播种机；飞机撒播；工厂化（育苗）移栽机（水稻、玉米） 3、植保机械喷雾器；喷粉机；弥雾机；飞机喷药等。作业条件（晴雨、风向、风速），防污染、防中毒，防腐蚀（机具）。 4、收获机械小麦，玉米，马铃薯，花生等。 5、灌溉机械漫灌，沟灌，畦灌；喷灌，滴灌，渗灌。（二）养殖机械 1、饲养管理机械 喂饲、饮水、粪便清除、通风、采暖、畜产品采集机械等。 2、饲料加工机械清选机、粉碎机、洗涤机、铡草机、打浆机、蒸煮机、混合机、颗粒饲料压制机、膨化机等 3、草场机械（ 我国有3.5亿hm2草原）封育设施（网围栏、围栏等）、防鼠害设施（笼、夹、施毒饵机械、地箭等）、水利机械（打井机、挖沟机、泵）、植树机、燕尾犁，以及草场建设机械推土机、土壤耕作机械、植保、灌溉机械等牧草收获机械割草机、搂草机、垛草机、捡拾压捆机、压扁机等 4、水产养殖机械挖塘、清淤、增氧、饲养加工、投饵机械、捕捞机械等（三）运输机械汽车、拖斗、传送带、升运机等运输作业生产率：(t-km/h) 载重系数；运输时间利用系数；W载重量（t）；V平均速度（km/h）。其中 L运距（km）；L0空行距离（km）；t1装卸时间（h）。如果 L=L0，则 ，(t-km/h)。 当、W、V、t1确定时，Q=f(L)为双曲线（P56.图2-27）： P56. 图2-27（四）农田建设机械挖掘机、铲运机、平地机、推土机、挖沟机等4 农业机器配备一、农机具、机组及机器系统机组由发动机、传动机构和作业机具（部件）三部分组成的、进行机械化农业生产的基本作业单位。机群由各种类型的动力机械、作业机具、自走机器以及辅助设备（汽车、运油车、维修车等）组成的群体。机器系统是指成套的机械，它们在动力机械与配套农具之间、各种动力机械之间以及各种农具之间都有一定的协调关系。机器系统是实现某种作物全过程机械化的物质基础。 由各种作物的机器系统形成各地区的机器系统（乃至国家的机器型谱系列）。二、机组生产率及动力机械功率匹配（一）田间移动作业机组的生产率：（单位时间内按一定质量标准完成的作业量）1、理论W理：W理=1.5BVL (亩/h) = 0.1 BVL （hm2/h） B结构幅宽（m）；VL理论速度（km/h）。2、技术WP：WP=0.1BPVP= 0.1BVPE （hm2/h） BP作业幅宽（m）；VP作业速度（km/h）；时间利用系数；E田间效率（E=）。（二）需要的拖拉机功率：（N） K比阻（N/m）；(W=1.5BVpE=1.5PTVpE/K=1.5NT3600E/K=5400NenNTE/KAT=KL/(1000N-m3600s)=K666.7m/(1000N-m3600s)=K/5400(kw-h/亩)式中： 分别表示传动效率、滚动效率和打滑效率。三、机组作业成本四、农业机器配备（一）按作业量配备机器 第j项作业需配备的机组数： （台） Djj项作业适时期的日历天数；j可下地概率；hj每天的作业小时数。（二）机器功率和幅宽的选择对于某种机型，根据“适时期”损失和固定成本的变化曲线，尽可能地选择最佳的Ne和B。本章重点、难点：1、实现农业机械化的条件； 2、农业机器配备。思考题：1、农业机械化的地位与作用； 2、实现农业机械化的条件； 3、农业机械化发展战略。第三章 农业电气化及农业应用电子技术1 农村电气化一、农村电气化在农业经济发展中的作用电能的三个优点：1、便于转换光、热、风、核能等机械能、热、光等；2、便于输送；3、便于控制。二、农村供电供电电源的几种形式（一）大电网供电城市、农村联网，23级变压，采用三相、单相混合供电方式；跨步电压。（二）小水电供电四极发电机 （电机转速n=60f/p p磁极数；f频率） 1、发出的功率： A系数；H净水头（m）；Q流量（m3/s）。 2、主要设备：拦河坝、水轮机、发电机、变压器，另外：调节水轮机进水量稳定转速；自动调节励磁电流。 3、潮汐能水电站（三）小火电供电500几千kW小火电，一般以煤为燃料 500kW 多采用柴油机组 1、小型火力发电厂主要设备：锅炉、汽轮机、发电机等； 2、柴油发电机组：普通型人工操作； 应急自动型断电时，10秒之内自动启动供电；来电时，2分钟内自动退出； 全自动化型各参数实行监控，自动报警，采用微机控制。（四）风能和太阳能发电 1、风力发电机：小型 9kW；中型 1099kW；大型 100kW。 小型风力发电机：50100W，牧区家庭用。如：风轮直径2m，2个叶片，起动风速3m/s，额定风速7m/s，Nen=100W，与6FC-120铅蓄电池配套，全部重量100kg。 中型风力发电机：风轮直径1021m，3个叶片，起动风速4m/s，额定风速1011m/s，Nen=1055kW。 大型风力发电机：单位kW的造价高，调速、调向及控制技术复杂，目前仍处于研制、试验阶段。 2、太阳能发电光电池： 硅光电池，转换效率10%左右；还有砷化镓光电池等。用于航标灯等，（开发材料，减低成本是关键）三、农村用电（一）农业排灌及供水 1、农业排灌l 大型轴流式水泵采用三相绕线型异步电动机提高起动扭矩；l 常年运行的排灌设备采用过激运行的三相同步电动机，以改善电网功率因数；l 小功率排灌设备采用三相鼠笼型异步电动机。 及时切断空载或调整轻载运行的排灌用变压器，以减少能耗。 2、农村供水 有塔式供水水塔的水池要安装高水位和低水位2个继电器； 无塔式供水水泵、密闭压力罐、压力表、机电器、管网等； 定期打开罐底的“放空阀门”和“进气阀门”，充进新鲜空气。（二）农业电力拖动：国产丫系列电动机，相电压380Vl 连接：“丫”（星形）接法： （功率4kW的电机）l 转向：任意二相电源线倒接；l 起动：10kW的电机，由于起动电流较大（是满载电流的47倍）通常需要减压起动：“丫”“”换接起动法，（绕组电压由380V降为220V）；变压器降压起动法经三相纸耦变压器降压。l 短路和过载保护一般50mA，心脏会停跳，昏迷，致命的电灼伤；100mA，会导致死亡。伤害程度的相关因素持续时间、电压、频率、通过人体的途径、健康状况； 3、触电急救立即开断或脱离电源；请医生就地抢救平卧地上，人工呼吸； 4、防触电措施加强宣传、严格操作规程、采取安全措施 不要带电作业； 电气绝缘、屏蔽； 在易触电的场所工作，采用36V以下的安全电压； 使用安全保工具：绝缘手套、鞋、高压绝缘棒等； 易漏电的设备，应安全接地（接零）； 安装低压漏电保护器场院、建筑工地等（配电盘内）。2 农业应用电子技术一、电子技术在农业测量和控制中的应用（一）电子技术的发展1948年，产生晶体管；50年代末产生集成电路；1967年，发展到中（型）规模的集成电路；1977年，产生超大规模集成电路（在1cm2的硅片上，大约有10万个晶体管）；80年代末，可集成到几百万个。1971年，产生第一个微处理器弹片机。（二）电子测量和检测系统检测内容：速度、功率、喂入量、田间含水量、部件工况自动检测系统的组成传感器、电子变化电路、显示记录装置、电源等传感器：经典型自身结构的几何量变化； 固态型性能参数起变化。 另外，还分有源的；无源的（三）电子技术在农业自动控制中的应用P74.图3-7、3-8，开环、闭环系统；（四）微机化测量仪器与自动控制系统（自学）二、养殖业中的环境控制与饲养管理（一）环境控制1、 防寒取暖2、 防热降温3、 通风换气（二）饲料的加工和配制自动混合、自动送料、自动监视等（三）电子称 组成压力应变片传感器、A/D转换、数字显示等（四）奶牛自动识别器牛脖子上的电子钥匙（五）奶牛定量配料微机管理系统根据近期的日均产奶量，确定日饲料定额三、种植业中电子技术的应用（一）农作物生长的环境播种、施肥、灌溉、收获等的监控装置；温室中的环境控制。（二）、（三）是以上两条的解释（可以结合到一块讲）四、农产品的处理、贮存及质量检测l 谷物烘干设备和粮库温湿度控制l 果蔬分级根据尺寸和颜色l 农产品质量检测称重、水分（ 可以根据微波的衰减量）等五、 计算机在农业管理上的应用（一）数据库管理信息系统如：作物品种资源信息管理系统，地理信息系统等（二）模拟与专家系统“生物环境”系统模拟，“棉花生产专家系统”等专家系统的类型（三）远程计算机网络系统实现农业信息、模型、软件等资源的共享（四） 其他：农用机器人、遥感技术等 本章重点、难点：农村电气化和电子技术在农村经济发展中的作用。思考题：1、农村电气化及其应用； 2、电子技术在农业中的应用。第四章 农业建筑与农业生物环境工程本学科主要研究农业生物与环境因素之间的关系以及有关的工程技术问题，以发展优质、高产、速生、均衡和低耗的现代化设施农业。特点：以建筑和其他工程设施为手段，使生物在人工控制的环境下生产。1 概述一、农业建筑的类型和基本组成（一）房屋建筑基本概念l 房屋建筑是人们为了生产和生活的需要，利用物质技术、建筑学、艺术的一些规律，构成和塑造的使用空间及其实体。l 分类：1、按功能分民用建筑；工业建筑；农业建筑。2、按主要承重材料分砖石结构； 砖木结构； 钢混结构； 混合结构。3、按结构形式分叠砌式（以砌块墙为主要承重构件）； 空间结构（以梁柱框架、壳体、悬索承重）。（二）农业生产建筑的基本类型1、 动物生产建筑畜、禽、（皮毛）兽、水产品2、 植物栽培建筑温室、大棚等3、 贮藏（库房）建筑冷库、粮库、机库等4、 农副产品加工建筑加工厂房5、 农机具维修建筑维修车间（属小型工业建筑）6、 农村能源建筑沼气池、太阳灶、水利、风力、地热利用等建筑（三）影响农业建筑物的因素1、 外力的影响各种载荷：恒载；动载。（P89.图4-1）2、 自然气候的影响温度、湿度、日照，风雨雪霜等3、 其他因素的影响生物生产过程中还会有：发热、水汽、有害气体、废弃物、噪音、振动（四）农业建筑的基本组成和作用1、 基础要求：坚固、稳定、抗冻、抗侵蚀（水、化学）2、 墙和柱承重、围护（保温、隔热、防风雨、防火）、分隔等 外墙分为：勒脚（外墙与室外地面接近部分，凸出26cm，防潮）、墙身、檐口； 内墙（隔墙）表面有装饰和保护层的为混水墙，否则为清水墙；3、 楼地面要求：楼地面（首层），坚固、耐磨、保温、防潮 楼板，有足够的强度、刚度、隔音、防水、防火。4、 楼梯要求：有一定的宽度和疏散能力，坚固、耐磨、放火、防滑等5、 屋顶要求：保温、隔热、防水、防渗漏等6、 门窗门 要求：大小和方向要便利通行； 窗 要求：采光、通风，也要保温、隔热、隔音、防尘。二、农业生物环境工程研究的内容和特点（一）农业生物环境工程学的建立与发展 农业生态系统由农业生物及其环境构成的物质和能量的循环系统。两者相互影响、相互联系。19世纪中叶，工程技术手段应用于农业，并引起了对改造环境的重视。1949年，美国植物生理和园艺学家 温特，在加州建立第一个人工气候室，能控制光、温、湿和气体组分。被认为是“模拟生态环境”研究的一场革命，后来逐步发展成为设施农业。l 设施农业专业化、集约化程度越高，对环境工程的依赖程度就越大。（二）农业生物环境工程研究的内容l 制约农业生产的自然因素：遗传因素决定着生产的潜势； 环境因素决定着这种潜势实现的程度。l 研究内容环境工程技术l 遵循的规律工程技术的科学规律；生物与环境以及工程间相互作用的规率。l 农业建筑是创造一个半封闭的生态系统；l 环境工程是调节和改善这个系统的物质和能量的转换；（三）农业环境工程的特点l 对象是动态的；l 目标是多元的高产、高效、资源与环境的可持续利用等三、农业建筑与环境工程设计的原则和基本要求l 设计建筑设计，结构设计，设备设计l 建筑图的种类：总平面图建筑地段上的水平投影（透视图、平面图）主要反映位置、占地大小、环境情况等；平面图（平面剖视图）反映各部分的关系、尺寸、位置、门窗开启方向等；立面图前后、左右方向的正立投影图（南：正立；北：背立；东西：侧立），反映外部形状、装饰材料和做法。剖面图纵向切开（留左半部分），并在首层平面图上标出剖切位置；构造详图细部构造和构、配件的局部放大，并注明尺寸、材料和做法。结构施工图反映结构的平面布置和结构详图；设备施工图反映设备的布置和工程详图。（一）设计原则1、 必须保证结构和施工安全；（安全第一）2、 创造最适宜于农业生物生长发育的环境；（适用）3、 适合科学、先进的生产工艺适合专业化、集约化、均衡组织生产，机械化、自动化；（先进）4、 节约材料和造价（经济）5、 提供适当的建筑和构造方便、安全、卫生等；（美观）6、 注意环境保护和节约用地。（二）农业生产建筑设计的要求1、 合理规划场址根据人口分布、经济发展、气候、地势、交通、风速、水电条件等进行合理规划；2、 防火、防疫离开居民区、主要道路一定距离；利用河流、山丘、林地作防疫带；生产区、管理区、病禽（畜）区要分开；合理的消防距离：砖拱建筑 68m；砖木建筑 812 m；草竹建筑 1530 m。3、 通风、透光通风：光照：我国大部分地区的纬度在200500之间（纬度200的日照最强，比赤道强，云层薄），太阳高度角冬天小、夏天大，建筑物朝南，可增加冬季照射，降低夏季照射。4、 保温隔热冬季保温、夏季隔热（尤其果蔬保鲜设施）；5、 结构、选型科学使用功能好，省工省料，建设速度快。（P95.图4-7）2 温室建筑与环境工程一、温室的类型（一）温室效应让绝大部分短波射入，而阻止绝大部分长波射出，以蓄热升温的特点。温室能产生“温室效应”的建筑。 升温贡献率为28%，蓄热保温的贡献率为72%即3分加热，7分保温。（二）温室的分类：1、 按用途分：生产温室主要从事商业性生产；科研温室人工气候室、自然光昭室等；观赏温室园林建筑温室（植物园、公园、宾馆等）；庭院温室兼有观赏和生产功能。2、 按室内的环境温度分： 高温温室冬季达到1833，用于热带喜温植物或加代育种； 中温温室冬季达到1525，用于茄果类植物； 低温温室冬季达到518，用于叶菜类植物； 冷室冬季达到05，用于暖温带盆栽花卉。3、 按覆盖材料分：玻璃温室硬质塑料或聚酯板温室塑料薄膜温室（即塑料大棚）4、按建筑结构形式分： 单坡面温室 双坡面温室 连栋温室 拱形温室二、覆盖材料的选择（一）覆盖材料的类型与特性1、 类型 固定性结构覆盖物既能承受风、雨、雪等外载，又能透光保温玻璃普通、钢化、中空硬质塑料或聚酯波纹板玻璃纤维等材料遮光保温附加覆盖材料无纺布草帘2、 特性：透光性、力学性能、热工性能、耐久性能以及其他物理特性（表4-2、4-3）（二）覆盖材料的选择根据作物、温室的种类和形状、投资标准等l 从栽培考虑：对300700nm的生理辐射应具有最大的透射能力；对10。2、 双破面温室前后坡面、侧墙均为透光材料，l 特点：采光量大，造价较低；净空高，方便管理；缺点：散热面大，保温差。3、 连栋温室没有侧墙，造价低，保温性较好；（P99.图4-9）l 由于通风换气效果差，应增加天窗、侧窗、机械换气装置；夏季用湿帘风机降温，冬季施CO2。4、 温室构造屋脊、天沟、门窗、屋架、檩椽连接等（P100.图4-10）（二）塑料大棚的结构与构造 塑料大棚用塑料薄膜覆盖的拱形简易温室l 骨架材料竹木、镀锌钢管、钢筋焊接；宽度：812m。l 一般无加热设备，保温多采取多层覆盖。（P101.图4-11）四、温室的采暖设施（一）作物的变温管理1、生育阶段的变温管理温度影响光合产物的形成和消耗、产物的输送与分配，l 生育阶